2.3.2 直接检测光模块的调制技术的发展
从早期的155Mbit/s 光模块到当下的400Gbit/s 光模块，直调直检光模块伴随着光通信发展了50 年。为了覆盖更高速率、更长距离的应用场景，其在发射端的调制技术也在不断演进，其中主要是激光器、调制器及调制码型。其中激光器和调制器根据模块使用的场景，在结构、成本、传输性能、距离上进行平衡。表2-1 对直接检测光模块使用的3 种激光器的优缺点进行了比较。
调制器可分为激光器直接调制和激光器外调制。激光器直接调制方式简单、经济，但啁啾大、光谱宽、色散受限，一般用于25Gbit/s 速率以下的短距场景。
激光器外调制需要在激光器外使用额外的调制器，实现方式复杂、成本高，但能达到较高的速率和较长的传输距离。激光器外调制根据调制器类型的不同又分为电吸收调制器（EAM，Electro Absorption Modulator） 和马赫- 曾德尔调制器（MZM，Mach-Zehnder Modulator），两者分别被应用于10Gbit/s 和40Gbit/s 速率的长距场景、40Gbit/s 和100Gbit/s速率以上的超长距场景，成本也是递增关系。
以太网技术从20 世纪80 年代问世以来，基本都在使用NRZ，采用高低两种信号电平分别表示数字信号的1 和0，每个时钟周期可以传输 1bit 信息。
发展到100GE 后，以太网技术遇到了带宽提升的瓶颈，主要是物理层技术在低成本驱动下面临挑战。在400GE 的IEEE802.3bs 标准方案讨论时，有厂家提出了采用4 电平脉冲振幅调制（PAM4，Pulse Amplitude Modulation 4）技术替代NRZ 用于物理层调制码型。PAM4信号采用4 个不同的信号电平来进行信号传输，每个时钟周期可以传输2bit 信息，因此波特率是NRZ 的2 倍，即传输效率提高了一倍。两种信号的波形和眼图对比如图2-10 所示。
图2-10 NRZ 信号与PAM4 信号的波形和眼图对比
除了提升电信号的速率，还可以在光模块中引入多波长传输方案，如并行光纤或合分波芯片，使多个波长光通路信号同时在一个光模块中进行处理，达到提升光模块容量的目的。这种方式成倍地增加了TOSA 和ROSA 的数量，所含波长的光通路越多，成本也越高。因此可以根据目标场景的需求，结合使用PAM4 技术和多通道技术来选择光模块种类。目前400Gbit/s 光模块主要的类型有7 种，如表2-2 所示。
表2-2 400Gbit/s 光模块主要类型
智慧光网络的超宽特性直接推动了直调直检光模块的速率逐步提升，400Gbit/s 以上速率的技术研究已提上日程，如当前IEEE Beyond 400Gbit/s 标准正在讨论制定800Gbit/s 和1.6Tbit/s物理层标准，除了考虑每个通道的速率，也在考虑引入更高阶的调制方式（如PAM6/8 等）。
